FR2500141A1 - Heat exchanger for atmos. air and liq. - is aligned to absorb max. solar heat, used esp. in heat pump circuit for central heating etc. - Google Patents
Heat exchanger for atmos. air and liq. - is aligned to absorb max. solar heat, used esp. in heat pump circuit for central heating etc. Download PDFInfo
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Abstract
Description
La présente invention concerne un échangeur de chaleur à convection naturelle et olus précisérient un échangeur 3 fonctionnement réversible particulièrement adapté aux échanges thermiques entre le fluide de travail et l'air extérieur. The present invention relates to a heat exchanger with natural convection and olus precise a heat exchanger 3 reversible operation particularly suitable for heat exchanges between the working fluid and the outside air.
Le but de l'invention est de réaliser un échan aeur-capteur conçu pour fonctionner en pompe à chaleur en vue de récupérer le maximum du rayonnement solaire direct et diffus et du rayonnement infra-rouge de tous corps environnants ainsi que de la chaleur contenue dans l'air extérieur et la
Pluie.The object of the invention is to provide an exchanger-sensor designed to operate as a heat pump in order to recover the maximum of direct and diffuse solar radiation and infrared radiation from all surrounding bodies as well as the heat contained in the outside air and the
Rain.
A cet effet, l'invention a pour objet un échan geur de chaleur air-liquide caractérisé en ce qu'il est constitué d'une série de tubes parallèles définissant un plan dont la normale est orientée dans la direction Nord-Sud et dont l'inclinaison est fonction de la latitude du lieu d'utilisation et d'ailettes pour faciliter les échanges thermiques entre le fluide circulant dans les tubes et l'air extérieur, solidaires desdits tubes. To this end, the subject of the invention is an air-liquid heat exchanger characterized in that it consists of a series of parallel tubes defining a plane whose normal is oriented in the North-South direction and whose l 'tilt is a function of the latitude of the place of use and fins to facilitate heat exchange between the fluid flowing in the tubes and the outside air, integral with said tubes.
Suivant un mode de réalisation particulièrement intéressant, les tubes sont.disposés à l'horizontale et les ailettes sont constituées par des éléments ou lames plats, minces, disposés côte à côte parallèlement et verticalement. According to a particularly advantageous embodiment, the tubes are arranged horizontally and the fins are constituted by thin, flat elements or blades, arranged side by side parallel and vertically.
Un tel échangeur, lorsqu'il est utilisé comme évaporateur-capteur dans un système du type pompe à chaleur, permet de récupérer au maximum les calories issues du rayonnement solaire ou infra-rouge direct ou indirect provenant de l'environnement dans lequel est placé l'échangeur ainsi qu'un partie des calories présentes dans l'eau de pluie en contact avec l'appareil et dans l'air circulant autour de ce dernier, la structure de l'échangeur favorisant à la fois les échanges par convection, une absorption globale plus importante du rayonnement direct du soleil et l'évacuation de l'eau condensée. Such an exchanger, when used as an evaporator-sensor in a heat pump type system, allows maximum recovery of the calories from direct or indirect solar or infrared radiation from the environment in which is placed the exchanger as well as part of the calories present in rainwater in contact with the device and in the air circulating around it, the structure of the exchanger promoting both convection exchanges, absorption greater overall direct sunlight and evacuation of condensed water.
D'autres caractéristioues et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de modes de réalisation d'un tel échangeur, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard du dessin annexé sur lequel
- Fig. 1 représente une vue partielle en perspective c'un
échangeur conforme à l'invention
- Fig. 2 représente schématiquement un mode de réalisation
d'un evaporateur-capteur selon l'invention
- Fig. 3 illustre une variante d'utilisation de l'evapora-
teur de la Fig. 2
- Fig. 4 représente un autre mode de réalisation d'un éva
porateur-capteur selon l'invention, et
- Fig. 5 illustre une variante du dispositif de la Fig. 4.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows of embodiments of such an exchanger, description given by way of example only and with reference to the appended drawing in which
- Fig. 1 shows a partial perspective view of a
exchanger according to the invention
- Fig. 2 schematically represents an embodiment
of an evaporator-sensor according to the invention
- Fig. 3 illustrates a variant of use of the evapora-
tor of FIG. 2
- Fig. 4 shows another embodiment of an eva
porator-sensor according to the invention, and
- Fig. 5 illustrates a variant of the device of FIG. 4.
L'échangeur de chaleur représenté sur la Fig.l est constitué essentiellement d'un certain nombre de tubes 1 en un matériau bon conducteur de la chaleur tel que le cuivre, disposés parallèlement en formant un plan et sur lesquels est rapporté par tous moyens anpropriés un jeu d'ailettes échangeuses 2 en un matériau également bon conducteur de la chaleur tel que l'aluminium. The heat exchanger shown in Fig.l consists essentially of a number of tubes 1 made of a material which is a good conductor of heat such as copper, arranged in parallel forming a plane and on which is attached by any improper means a set of exchanger fins 2 made of a material which is also a good conductor of heat such as aluminum.
Sur la Fig. 1 les ailettes 2 sont constitués par des lames identiaues, planes, parallèles entre elles et sénarées par des intervalles constants de l'ordre de 4-5 R^, par exemple. In Fig. 1 the fins 2 are constituted by identical blades, flat, parallel to each other and senarate by constant intervals of the order of 4-5 R ^, for example.
En outre,chaaue lame 2 est commune a tous les tubes 1 parallèles et est sertie, encastrée, soudée, etc... In addition, each blade 2 is common to all parallel tubes 1 and is crimped, embedded, welded, etc.
sur chacun des tubes qui la traverse, perpendicnîairener.t celui-ci.perpendicular to each of the tubes passing through it.
Les ailettes 2 sont ayantageusement recouvertes d'un revêtement noir (par exele une peinture noire mate) absorbant le rayonnement solaire et infra-rouge. The fins 2 are suitably covered with a black coating (for example a matt black paint) absorbing solar and infrared radiation.
Un tel échangeur étant destiné à servir nota:: ment d'évaporateur-capteur dans un système par exemple de pompe a chaleur pour la fourniture d'eau chaude sanitaire ou le chauffage de locaux, le plan défini par les tubes 1 est de préférence orienté et incliné de la manière suivante afin d'avoir le meilleur rendement possible. Since such an exchanger is intended to serve in particular as an evaporator-sensor in a system, for example a heat pump for supplying domestic hot water or heating premises, the plane defined by the tubes 1 is preferably oriented. and inclined in the following manner in order to have the best possible yield.
La normale audit plan est orientée dans la direction Nord-Sud et l'inclinaison du plan correspond sensiblement à la latitude du lieu d'utilisation de l'échangeur lorsque ce dernier fonctionne tout au long de l'année. Cette inclinaison est modifiée et égale à la latitude du lieu plus 15 environ pour une utilisation de l'appareil pour le cha::-- fage au cours de l'biser uniquement. The normal to said plan is oriented in the north-south direction and the inclination of the plan corresponds substantially to the latitude of the place of use of the exchanger when the latter operates throughout the year. This inclination is modified and equal to the latitude of the place plus approximately 15 for the use of the apparatus for the heating during the biser only.
La Fia. 2 représente schématiquement un évanora- teur-capteur dont la structure d'échange est identique à celle représentée sur la Fig. 1. The Fia. 2 schematically represents an evaporator-sensor whose exchange structure is identical to that shown in FIG. 1.
Cet évaporateur comporte des tubes 1 parallèles sur lesquels sont rapportées des ailettes 2 planes parallèles. This evaporator comprises parallel tubes 1 on which are fins 2 parallel planes.
A une extrémité les tubes 1 débouchent dans un collecteur 3 relié à un comnresseur (non représenté) cepen- dant ou'à l'autre extrémité les tubes 1 sont tous reliés à un distributeur de liquide symbolisé en 4, lui-même relié
Dar l'intermédiaire d'un détendeur thermostatique sumbolïsé en 5, au condenseur (non représenté) d'un système à pompe à chaleur.At one end, the tubes 1 open into a collector 3 connected to a compressor (not shown), however, at the other end, the tubes 1 are all connected to a liquid distributor symbolized at 4, itself connected
Dar via a thermostatic expansion valve sumbolized in 5, to the condenser (not shown) of a heat pump system.
Le distributeur de liquide 4 est un organe couramment utilisé dans les machines frigorifiques et qui permet de répartir régulièrement le fluide frigorigène dans chacune des sections de l'évaporateur , il n'a donc pas besoin d'être décrit plus en détail. I1 en est de même pour le détendeur thermostatique 5. The liquid distributor 4 is a member commonly used in refrigeration machines and which makes it possible to regularly distribute the refrigerant in each of the sections of the evaporator, so it does not need to be described in more detail. The same applies to the thermostatic expansion valve 5.
Dans le mode de réalisation de la Fig. 2, les ailettes sont disoosées à l'horizontale, 1'évaporateur-can- teur étant, lors de son emploi, placé à l'extérieur et exposé au soleil, au vent et à la pluie, l'orientation et l'ircli- naison du plan défini par les tubes 1 étant conforme aux exnlications données plus haut à propos de la Fig. 1. In the embodiment of FIG. 2, the fins are disoosée horizontally, the evaporator-fan being, when in use, placed outside and exposed to the sun, wind and rain, the orientation and the ircli- origin of the plane defined by the tubes 1 being in accordance with the explanations given above with reference to FIG. 1.
La température de cet évaporateur est en général inférieure à celle du milieu dans lequel il est placé et il captera donc une énergie thermique de différentes origines. The temperature of this evaporator is generally lower than that of the medium in which it is placed and it will therefore capture thermal energy from different origins.
Cette énergie nroviendra d'une nart du ravonne- ment solaire direct et diffus, l'évaporateur fonctionnant comme un capteur solaire conventionnel. This energy will come from a nart of direct and diffuse solar energy, the evaporator functioning like a conventional solar collector.
L'énergie Droviendra egalement du rayonnement infra-rouge de tous les corps qui environnent l'évaporateur et qui sont à une température supérieure à la sienne (er. cé- néral le sol, les bâtiments et constructions voisins, les nuaaes, la véaétation, etc...). Par suite, on a intérêt a c ac le revêtement des ailettes 2 soit ordinaire, c'erst-à- dire non sélectif,(excepté pour les régions à fort ensoleil- lement). The energy will also come from infrared radiation from all the bodies which surround the evaporator and which are at a temperature higher than its own (generally the ground, neighboring buildings and constructions, clouds, vegetation, etc ...). As a result, it is advantageous a c ac coating of the fins 2 is ordinary, that is to say non-selective, (except for regions with high sunshine).
L'énergie peut Provenir aussi de l'air atmos- sphérique environnant, l'air en se refroidissant au contact de l'évaporateur cédant sa chaleur au fluide frigorigène. Energy can also come from the surrounding atmospheric air, the air being cooled on contact with the evaporator giving up its heat to the refrigerant.
Lorsqu'il y aura du vent, cet échange sera amélioré du rait du déploiement en lamelles parallèles des ailettes 2. Si l'air est humide, la vapeur d'eau contenue dans l'air condense partiellement et la chaleur latente de vaporisation de liteau sera ainsi récupérée.When there is wind, this exchange will be improved by the deployment rage in parallel strips of the fins 2. If the air is humid, the water vapor contained in the air partially condenses and the latent heat of vaporization of the batten will be recovered.
Enfin, cette énergie pourra provenir de la pluie dans la mesure où celle-ci tombe à une température supérieure à celle du capteur. Finally, this energy can come from rain insofar as it drops to a temperature higher than that of the sensor.
Ces divers échanges thermiques dépendent évi- demment des paramètres météorologiques suivants : soleil, vent, température extérieure, humidité, nébulosité, pluie. These various heat exchanges obviously depend on the following meteorological parameters: sun, wind, outside temperature, humidity, cloudiness, rain.
Quoique ces conditions climatiques ne varient pas simultane- ment dans le même sens, il y en aura toujours une ou plusieurs qui seront à un moment ou à un autre favorable à une récupéra- tion partielle par l'évaporateur-capteur selon l'invention des calories environnantes, récupération loin d'être négli- geable et qui contribuera à une marche plus régulière du compresseur de l'installation à pompe à chaleur et, par suite, à un meilleur rendement de celle-ci.Although these climatic conditions do not vary simultaneously in the same direction, there will always be one or more which will at one time or another be favorable to a partial recovery by the evaporator-sensor according to the invention of surrounding calories, recovery far from negligible and which will contribute to a more regular operation of the compressor of the heat pump installation and, consequently, to a better efficiency of the latter.
Il est à remarouer que pour favoriser tous ces échanges l'évaporateur-capteur de l'invention ne comporte ni vitrage-en vue d'obtenir un effet de serre, ni isolation ther miaue sur la façade arrière de l'appareil. It should be noted that in order to promote all of these exchanges, the evaporator-sensor of the invention has neither glazing-in order to obtain a greenhouse effect, nor ther miaue insulation on the rear facade of the device.
L'inclinaison et l'orientation de l'apparoir peuvent, bien entendu,être modifiées au besoin dans un sens cu dans l'autre sans grand changement pour le bilan énergétique global. The inclination and orientation of the device can, of course, be changed if necessary in one direction or in the other without much change for the overall energy balance.
I1 est à noter également qu'un tel échangeur est parfaitement adapté en cas de réversibilité du système dans lequel il est incorporé. En effet, dans un cycle ae pro- duction de froid, l'appareil selon l'invention devent =- denseur et sa structure à ailettes favorisant les r.-ouvc-:rcr-s de convection naturelle lui permet de perdre aise tent s leur. It should also be noted that such an exchanger is perfectly suited in the event of the reversibility of the system in which it is incorporated. Indeed, in a cycle ae producing cold, the device according to the invention devent = - denser and its fin structure favoring r.-ouvc-: rcr-s of natural convection allows it to lose ease tent s their.
Dans la variante de réalisation ce la Fi; les tubes 1 sont disposés à l'horizontale, l'évaporateur- capteur ayant les mêmes orientation et inclinaison que @@@@ la Fie. 1. In the variant embodiment, the Fi; the tubes 1 are arranged horizontally, the evaporator-sensor having the same orientation and inclination as @@@@ la Fie. 1.
Par suite, le plan des lames formant les ailettes 2 est vertical ce qui permet l'évacuation aisée de l'eau condensée, une absorption globale du rayonnement direct du soleil plus importante et favorise les echanges par convection naturelle. Dans ce cas, l'alimentation en fluide frigorigène peut être moins complexe et réduite a une alimentation en série de tous les tubes 1', comme représenté à la Fig. 4. Le détendeur thermostatique 5 est relié directement au premier tube 1' de l'échangeur dont le dernier tube est relié au compresseur. As a result, the plane of the blades forming the fins 2 is vertical, which allows the easy evacuation of the condensed water, a greater absorption of direct radiation from the sun and promotes exchanges by natural convection. In this case, the supply of refrigerant can be less complex and reduced to a series supply of all the tubes 1 ′, as shown in FIG. 4. The thermostatic expansion valve 5 is connected directly to the first tube 1 'of the exchanger, the last tube of which is connected to the compressor.
La Fig. 5 illustre une variante de réalisation de l'appareil de la Fig. 4 suivant laquelle le détendeur 5 est relié, d'une part, au premier tube 1" mais également à un tube intermédiaire 1" (ou plusieurs). Fig. 5 illustrates an alternative embodiment of the apparatus of FIG. 4 according to which the regulator 5 is connected, on the one hand, to the first tube 1 "but also to an intermediate tube 1" (or more).
L'évaporateur est ainsi divisé en sections parallèles, les tubes de sortie 1"' étant reliés à une canalisation commune elle-meme reliée au compresseur. The evaporator is thus divided into parallel sections, the outlet tubes 1 "'being connected to a common pipe itself connected to the compressor.
D'une manière générale, la structure selon l'invention peut s'appliquer a tout échangeur liquide-air extérieur en favorisant ainsi les échanges par convection. In general, the structure according to the invention can be applied to any external liquid-air exchanger, thus promoting exchanges by convection.
Enfin, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment celles concernant la forme, les dimensions et la disposition des ailettes 2 ou analogues, lesquelles peuvent être discontinues, circulaires, hélicoidales, voire orientables soit d'ellesmêmes sous l'action du vent, soit manuellement ou mécaniquement. Finally, the invention is not limited to the embodiments shown and described above, but on the contrary covers all variants thereof, in particular those concerning the shape, the dimensions and the arrangement of the fins 2 or the like, which may be discontinuous. , circular, helical, or even orientable either by themselves under the action of the wind, or manually or mechanically.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8103485A FR2500141A1 (en) | 1981-02-19 | 1981-02-19 | Heat exchanger for atmos. air and liq. - is aligned to absorb max. solar heat, used esp. in heat pump circuit for central heating etc. |
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| FR8103485A FR2500141A1 (en) | 1981-02-19 | 1981-02-19 | Heat exchanger for atmos. air and liq. - is aligned to absorb max. solar heat, used esp. in heat pump circuit for central heating etc. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2500141A1 true FR2500141A1 (en) | 1982-08-20 |
Family
ID=9255487
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR8103485A Pending FR2500141A1 (en) | 1981-02-19 | 1981-02-19 | Heat exchanger for atmos. air and liq. - is aligned to absorb max. solar heat, used esp. in heat pump circuit for central heating etc. |
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|---|---|
| FR (1) | FR2500141A1 (en) |
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| TP | Transmission of property |